石墨烯-水性聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液的制備及其性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)發(fā)展，人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)綠色環(huán)保涂料的需求日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的溶劑型涂料向水性涂料的轉(zhuǎn)變受到研究者的廣泛關(guān)注。石墨烯作為綜合性能優(yōu)良的納米填充材料，在復(fù)合材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文旨在開(kāi)發(fā)一種綠色環(huán)保、綜合性能優(yōu)良的無(wú)溶劑型石墨烯/水性聚氨酯-丙烯酸酯防腐涂料。
　　本文以異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、聚己內(nèi)酯二元醇(PCL1000)、2，2-二羥甲基丁酸(DMBA)、三羥甲基丙烷（TMP）、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA

2、)、三乙胺(TEA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、自制氧化石墨烯和石墨烯等為主要原料，采用原位聚合法，通過(guò)配方設(shè)計(jì)分別制備了一系列不同氧化石墨烯含量和不同石墨烯含量的無(wú)溶劑型聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液，并將其應(yīng)用于防腐涂料。系統(tǒng)地討論了自制氧化石墨烯、石墨烯的特性;分析了氧化石墨烯和石墨烯添加量對(duì)乳液、膠膜及漆膜的性能的影響;確定了較佳的原料配比;并采用紅外光譜、X射線衍射儀等表征了氧化石墨烯和石墨烯的結(jié)構(gòu);同時(shí)借助透射

3、電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)觀察了乳膠粒子和涂層表面的微觀形貌;測(cè)定了膠膜的吸水率、接觸角、熱性能和力學(xué)性能;并將系列乳液在馬口鐵片上進(jìn)行涂膜，研究涂層的耐腐蝕性能。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)改進(jìn)的Hummers法成功制備了氧化石墨烯(GO)，分析表明，制備的GO氧化程度較高、層數(shù)較少且在水體系中分散性較好。
　　(2) GO上的活性基團(tuán)可與聚氨酯末端-NCO基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合，

4、提高復(fù)合乳液的穩(wěn)定性，乳液粒徑隨著GO添加量的增加而增加。GO的引入有利于改善乳膠粒間的相互作用，增強(qiáng)涂膜的致密性。當(dāng)氧化石墨烯的添加量為0.5％時(shí)，涂膜的吸水率由38.28％降至27.94％;熱分解溫度由160℃增至300℃，熱穩(wěn)定性大幅提高。此外，復(fù)合涂膜的交聯(lián)密度增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度增加56℃。隨著GO含量的增加，涂膜的耐腐蝕性相應(yīng)提高。當(dāng)氧化石墨烯的含量為0.5％時(shí)，漆膜的耐腐蝕性達(dá)到最佳，比純的水性聚氨酯-丙烯酸酯漆膜的耐鹽霧

5、時(shí)間延長(zhǎng)了10天，自腐蝕電流密度降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。但當(dāng)GO含量高于0.5％時(shí)，涂膜的綜合性能下降。
　　(3)通過(guò)化學(xué)還原法，以十六烷基溴化銨（CTAB）作為陽(yáng)離子表面活性劑，采用水合肼對(duì)GO進(jìn)行還原，成功制備出還原程度較高且在水體系中分散性較好的石墨烯。
　　(4)適量石墨烯的添加可明顯延緩?fù)磕さ臒峤到?，提高聚氨?丙烯酸酯涂膜的耐水性。與水性聚氨酯-丙烯酸酯膠膜相比，當(dāng)石墨烯的添加量為0.5％時(shí)，復(fù)合膠膜的吸水率降至12

6、.08％，熱分解溫度提高了87℃，拉伸強(qiáng)度由30.5MPa升至61.2MPa。石墨烯改性后的涂膜亦表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性，隨著石墨烯含量的增加，涂膜的耐腐蝕性相應(yīng)提高;耐鹽霧時(shí)間比水性聚氨酯-丙烯酸酯涂膜延長(zhǎng)了10天。極化曲線和阻抗譜圖亦顯示，涂膜的阻抗和容抗弧半徑隨著石墨烯含量的增加而增加，自腐蝕電流密度下降。當(dāng)石墨烯的添加量為0.5％時(shí)，漆膜的耐腐蝕性達(dá)到最佳;當(dāng)石墨烯過(guò)量時(shí)，易發(fā)生自聚，降低涂膜的均勻性和致密性，導(dǎo)致涂層的綜合性能下